37888

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110.

Лабораторная работа

Архивоведение и делопроизводство

4 ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно технических специальностей Калининград 2006 1. Цель работы: Исследование магнитного поля на оси катушки: измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки; построить график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки; проверить результаты измерения расчётом. Для кольцевой катушки содержащей витков:...

Русский

2013-09-25

297.5 KB

6 чел.

ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ   ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  

ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110.2.4

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей

физики для студентов инженерно - технических специальностей

Калининград

2006

1. Цель работы:

Исследование магнитного поля на оси катушки:

- измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки;

- построить график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки;

- проверить результаты измерения расчётом.

2. Приборы и оборудование:

2.1. Блок генераторов напряжений с наборным полем (БГННП);

2.2. Миниблок  «Кольцевая катушка»;

2.3. Миниблок «Тесламетр» (содержит зонд с датчиком Холла);

2.4. Блок мультиметров (MY60 – как амперметр, MY62 – как вольтметр);

2.5. Соединительные провода – 5 штук;

2.6. Вертикальная металлическая стойка.

       3. Введение

Магнитная индукция  - силовая характеристика магнитного поля. Магнитная индукция – векторная величина. Единицы её измерения в системе СИ – тесла (Тл). Индукция магнитного поля любого тока может быть рассчитана по принципу суперпозиции полей:

                                                                                       (1)                                                                                                                                    где элементарная магнитная индукция  поля, создаваемого элементом тока , определяется по закону Био - Савара – Лапласа:

                       ,            (2)

где  - вектор, проведённый от элемента тока в ту точку, в которой определяется ;  - магнитная постоянная.

Направление  определяется по правилу правого винта (буравчика) – как результат векторного произведения вектора  и вектора .

Применение закона Био – Савара – Лапласа к расчёту поля кругового витка с током приводит к выражению:

           ,          (3)

где  - значение координаты, в которой определяется магнитная индукция (расстояние от центра кругового витка с током до точки А по оси ).

Для кольцевой катушки, содержащей  витков:

                                  (4)

Вывод рабочей формулы для кругового витка с током:

Согласно рис.1:

                     (5)

Из соображения симметрии (см. рис.2):

            ,      (6)

где , ,

где  - дипольный магнитный момент,

- площадь контура,

- положительная нормаль к контуру (см. рис.3).

Таким образом,            .         (7)

Рис.1.

Рис.2.

Рис.3.

      4. Экспериментальная часть

4.1. Общие требования

4.1.1. Работы проводятся на основании   «Руководства  по выполнению базовых экспериментов» ЭМФ.001РБЭ (910).

4.1.2. Работы проводятся без применения компьютера с использованием в качестве измерительных приборов мультиметров типа MY60 и MY62.

ВНИМАНИЕ! Для измерения токов величиной более 200 мА используйте мультиметр MY60. Мультиметр MY62 используйте для измерения напряжений, а также токов менее 200 мА и других параметров.

4.1.3. В процессе использования мультиметров ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

а) изменять род работы (амперметр, вольтметр, омметр и т.д.) при подключённых к электрической цепи мультиметрах;

б) измерять сопротивления в электрической цепи, находящейся под напряжением;

в) измерять ёмкости конденсаторов, не убедившись в том, что они разряжены.

4.1.4. При перегрузке мультиметра, то есть, при превышении измеряемым параметром установленного на мультиметре предела измерения, на шкале мультиметра высвечивается цифра «-1». Для устранения перегрузки увеличьте предел измерения.

4.1.5. Сборку и разборку схем экспериментов и присоединение установки к сети ~220 В выполняет инженер или преподаватель.

ВНИМАНИЕ! При разборке схем снятие миниблоков осуществляйте, удерживая одной рукой стойку установки, а другой – вытаскивая миниблок за его основание (а не за пластмассовую крышку или другие элементы).

4.1.6. В процессе эксплуатации мультиметров допускается их самопроизвольное отключение, в этом случае для продолжения работы нажмите кнопку включения повторно.

4.1.7. При сборке схем экспериментов гнездо «СОМ» мультиметра присоединяйте к гнёздам «-15 В» блока БГННП.

4.2. Общее устройство установки

4.2.1. Установка состоит из блока генераторов напряжений с наборным полем (БГННП), набора сменных миниблоков, соединительных проводов и кабелей, блока мультиметров, набора планшетов для моделирования полей.

4.2.2. Перечисленные блоки размещены на вертикальной металлической стойке, установленной на лабораторном столе, к сети ~220 В каждый блок присоединяется своим кабелем. Сетевые кабели постоянно присоединены к соответствующим блокам. Остальные элементы установки находятся в её ЗИПе.

4.2.3. Заземление блоков установки выполнено путём присоединения их крышек к заземляющей шине помещения лаборатории.

Блок  генераторов напряжений с наборным полем.

                                                  Рис.4

4.3. Порядок выполнения экспериментов

4.3.1. Установите миниблоки «Кольцевая катушка» и «Тесламетр» на наборную панель блока БГННП, соберите схему эксперимента в соответствии с рисунком 4. Подвижную катушку в миниблоке опустите вниз до упора и заблокируйте.

4.3.2. Присоедините блоки  установки к сети ~220 В, выведите против часовой стрелки до упора ручку регулировки выходного напряжения на блоке БГННП.

4.3.3. Установите  пределы измерения на мультиметре «А» 200 мА, на мультиметре «V» 2 В, включите блоки установки  выключателями «Сеть» и кнопками на мультиметрах.

4.3.4. Разомкните цепь питания катушки, для чего отсоедините от наборной панели один из проводов мультиметра «А».

4.3.5. Установите ручкой «Уст. 0» на миниблоке «Тесламетр» как можно точнее «0»  мультиметра «V» (допускается отклонение от нуля на единицу последней цифры на шкале).

4.3.6. Включите питание катушки, для чего верните в своё гнездо отсоединённый провод мультиметра.

4.3.7. Ручкой регулировки выходного напряжения  установите на мультиметре «А» ток через катушку I = 190 мА. В течение выполнения эксперимента поддерживайте значение тока в пределах (189…191) мА - не более.

4.3.8. Возьмите зонд с датчиком Холла (ДХ), введите его сверху в отверстие миниблока «Кольцевые катушки» и опускайте вниз до тех пор, пока не достигнете максимального значения выходного напряжения Uвых на мультиметре «V».

4.3.9. Поддерживая с помощью зонда ДХ полученное максимальное значение напряжения Uвых, запишите в клетку Хо  таблицы 1  со шкалы зонда на уровне верхнего торца миниблока значение координаты  с учётом её знака (вверх от нуля «минус», вниз – «плюс») и значение Uвых (В).  При записи значений напряжения учитывайте положение нуля (перед запятой).

4.3.10. Перемещая зонд от этого максимального значения сначала вниз через каждые 2,5 мм до (Х0-15), запишите в таблицу значения выходного напряжения Uвых. Затем верните зонд снова в точку Х0 и перемещайте зонд вверх до (Х0+15), также записывая через каждые 2,5 мм значения выходного напряжения.

                                                                                                                     

                                                                                                        Таблица 1

Х, мм

Х0-15

Х0-12,5

Х0-10

Х0-7,5

Х0-5

Х0-2,5

Х0=0

Uвых, В

Вэкс, мТл

Х, мм

Х0+2,5

Х0+5

Х0+7,5

Х0+10

Х0+12,5

Х0+15

Uвых, В

Вэкс, мТл

4.3.11. Установите ручку регулировки выходного напряжения  против часовой стрелки до упора, выключите блоки и отсоедините их от сети ~220 В.

4.3.12. Рассчитайте значения  магнитной индукции в каждой точке по формуле:

В (мТл) = 10 U вых (B),

занесите в таблицу полученные значения.

4.3.13. На миллиметровке формата А4 постройте график зависимости  В =

= f (Х), при этом точку Х0 расположите в начале координат. Кривую проведите плавно, без изломов.

4.3.14. Рассчитайте значения магнитной индукции для координат Х по формуле:

                                           ,        где

I  -  ток в цепи катушки,

R = 7,0 ± 0,1(мм) - радиус катушки,

W = 250 – количество витков катушки,

Х – координата зонда ДХ,

µ0 = 4. 10-7   -  магнитная постоянная,

и запишите в таблицу 2 как Врасч, мТл.

                                                                                                              

                                                                                                        Таблица 2

Х, мм

Х0-15

Х0-12,5

Х0-10

Х0-7,5

Х0-5

Х0-2,5

Х0=0

Врасч, мТл

Х, мм

Х0+2,5

Х0+5

Х0+7,5

Х0+10

Х0+12,5

Х0+15

Врасч, мТл

4.3.15. Нанесите полученные расчётные значения на экспериментальный график, изменив обозначение этих точек для их отличия от экспериментальных.

4.3.16. Проведите расчёт погрешности для Врасч при Х= Х0+10 (например).

4.3.17. Проведите сравнительный анализ полученных результатов.

       5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (ПРИМЕРНЫЕ)

5.1. Что такое магнитная индукция?

5.2. Что такое дипольный магнитный момент?

5.3. Принцип действия датчика Холла.

       5.4. Нарисовать картину силовых линий магнитного поля кольцевой катушки.

       5.5. Закон Био - Савара – Лапласа.

       5.6. Применение закона Био - Савара – Лапласа  к расчёту магнитной индукции, создаваемой круговым витком с током.

       5.7. Применение закона Био - Савара – Лапласа  к расчёту магнитной индукции, создаваемой прямолинейным проводником с током.

       5.8. Применение закона Био - Савара – Лапласа  к расчёту магнитной индукции, создаваемой  бесконечно длинным прямолинейным проводником с током.

       5.9.Поток вектора магнитной индукции.

       5.10. Теорема Гаусса для индукции.

       5.11. Закон полного тока.


I

R

X

A

dBx

X

dB

β

β

A

dB

B

X

I

R

S

n

Pm

B


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80847. ПОНЯТИЕ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ И КРИТЕРИИ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ 46.5 KB
  Под организационной структурой управления понимается состав соподчиненность и взаимосвязи организационных единиц имеющих определенные права обязанности и ответственность по реализации функций управления. Организационная структура государственного управления – это особенное государственноправовое явление обусловленное общественнополитической природой социальнофункциональной ролью целями и содержанием государственного управления в обществе. Определяющие факторы: объект управления цель и задачи принципы управления.
80848. ФОРМЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ОРГАНОВ ВЛАСТИ 44.16 KB
  Государственный контроль форма осуществления государственной власти обеспечивающая соблюдение законов и других нормативных актов издаваемых органами государства. Виды гос контроля в управлении: общий и специальный; Внешний контроль осуществляемый субъектами организационно и функционально независимыми в своей деятельности от органов государственной власти РФ и внутренний контроль осуществляемый в рамках системы органов государственной власти служащий обеспечению: надлежащего исполнения нижестоящими органами и должностными лицами...
80849. ОРГАНЫ ОБЩЕЙ КОМПЕТЕНЦИИ, ИХ ФУНКЦИИ И ПОЛНОМОЧИЯ 46.13 KB
  Государственный орган – организационно оформленная группа должностных лиц наделенная компетенцией и необходимыми средствами для осуществления управления. По виду компетенции выделяют: общая компетенция общие функции управления – Правительство РФ правительства и администрации субъектов РФ отраслевая компетенция по отрасли и сфере деятельности – министерства главные управления управления межотраслевая компетенция выполняют как правило общие функции государственного управления и на основе их реализации осуществляют межотраслевую...
80850. ОБЩЕСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ КАК ОБЪЕКТ ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ 46.35 KB
  Управляемые объекты центр приложения массовых усилий общества поскольку именно ими создается все необходимое. В соответствии с основными сферами жизни общества управляемые объекты подразделяются на: экономические социальные и духовные политические. Социальные управляемые объекты осуществляют деятельность направленную на сохранение жизни и здоровья человека его физическое развитие организацию дошкольного школьного высшего и специального образования на создание жилищных коммунальных бытовых условий и поддержание других важных...
80851. РАЗГРАНИЧЕНИЕ ПРЕДМЕТОВ ВЕДЕНИЯ И ПОЛНОМОЧИЙ МЕЖДУ ОРГАНАМИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ РФ И ОРГАНАМИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ СУБЪЕКТОВ РФ 45.77 KB
  Обеспечение соответствия конституций и законов республик уставов законов и иных нормативных правовых актов краев областей городов федерального значения автономной области автономных округов Конституции РФ и федеральным законам; б защита прав и свобод человека и гражданина; в вопросы владения пользования и распоряжения землей недрами водными и другими природными ресурсами; г разграничение государственной собственности; д природопользование; охрана окружающей среды и обеспечение экологической безопасности; е общие вопросы...
80852. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СОБСТВЕННОСТИ В СИСТЕМЕ ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ 43.95 KB
  Государственная собственность форма собственности при которой имущество в том числе средства и продукты производства принадлежит государству полностью либо на основе долевой или совместной собственности. Отличия ГС от других видов собственности: в ее анонимности – мы не знаем кому принадлежит ГС; в ее неделимости – она не персонализуется; усиление социальной функции ГС – социализация экономической сферы; преследование разных целей. Место и роль ГС ее функции: контроля государства за частью национального богатства ресурсов страны...
80853. ОСНОВНЫЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ НАУЧНЫХ ШКОЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ 50.68 KB
  Процесс управления состоит из четырех взаимосвязанных функций: планирования организации мотивации и контроля. Ситуационный подход концентрируется на том что пригодность различных методов управления определяется ситуацией. Друкера МВО; ситуационные теории методы управления меняются в зависимости от ситуации а поэтому менеджмент является ещё и искусством; теория 7S Т.
80854. ГОСУДАРСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ: ПОНЯТИЕ, СПЕЦИФИКА, СООТНОШЕНИЕ С ДРУГИМИ ВИДАМИ УПРАВЛЕНЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 44.71 KB
  Атаманчук Специфика государственного управления: Атамчук 1. Координация общественного труда в масштабе государственного управления. Деятельность практически выражается в разработке органами государственного управления программ управления установления основных направлений функций всех элементов системы оперативноруководящих связей налаживании оперативного контроля за системой. Управление это административная деятельность предполагающая подчинение объекта субъекту управления.
80855. СУБЪЕКТ, ОБЪЕКТ И МЕХАНИЗМ ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ 43.96 KB
  Атаманчук Система – совокупность элементов находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность и единство. Признаки системы: существует в окружающей среде и проявляется во взаимодействии с этой средой реагирует на изменения окружающей среды; состоит из элементов компонентов подсистем каждый из которых является относительно самостоятельным. система образуется не от суммы элементов а от целостности взаимопроникновения; система выполняет определенную цель; имеет структуру – внутреннюю форму строение;...